理科教学中常会强调“物质守恒法则”的重要性。其中的“物质”不只是说化学物质,也包含更广义的概念。
从微观角度来看,它指的是原子的守恒:而从宏观角度来看,它也指元素的守恒。这个法则也被称为“质量守恒定律”。
无论多么细小的物质,都不会如我们所想的那样消失掉,也不会重新生出新的物质。
具体来说,当我们修建房屋时,先要拆掉旧房子。即使旧房子被拆了,其原来的砂浆中所混入的每一粒砂子都还在,只是会掉落到其他地方。哪怕是肉眼都无法看见的细小粉尘,也会随风飞散,最终还是存在于世界上,而不是消失掉。
只是随风飘落到某个地方去了而已。
面包变成焦炭也是如此,虽然无法立刻用肉眼看见“烟(气与烟)”在空中飘散,但肯定最终落到了某处。
但是柴火燃烧后,不是只剩下了一点点的灰烬吗?甚至是现在,孩子们还是持有“物体燃烧后会变轻”这样朴素的概念。
法布尔对于这种朴素的概念,在他的《不可思议的化学》中给予了解释。
木头在燃烧时,其大部分的构成物质“会变成比极为细小的灰尘还要小的物质,然后飘散到大气中,无法被我们看见。最终能被我们看见的只是残留的一小撮儿灰烬而己。这容易让我们以为除灰烬以外的物质都不见了。但是,它们绝对没有消失,而是会飘浮在大气中,变成了与空气相似的透明、无色、无法用手触摸到的物质”。
“这不仅限于木头。我们为了得到光和热量而燃烧的所有燃料,都是这样的。”
“物质在不停地进行化合与分解,然后再化合,会产生无数种组合,并且会无休止地移动。每年都有数不清的化合物被破坏和重组。物质就像这样在持续地变化,但从全世界的角度来看,没有一粒物质会就此消失,也没有产生一粒新的物质。”
这之后,人们又发现了带有放射能的元素,有将质量与能量等价起来的,但是,在理科教育中“元素与原子的守恒”,其重要性仍然没有改变。
而在一百多年前,法布尔就已经从教学的经验中,明白了这种元素与原子守恒的重要性。
物质都是由原子构成的,原子不会因化学变化而被破坏,也不会消失不见。无论发生什么化学变化,原子的数量与种类都不会改变。在化学变化过程中,只有原子结合的对象发生了变化。
这也是“质量守恒定律”成立的依据。
让我们以碳原子为例。大气中逐渐增多的二氧化碳,主要是有机物的燃烧或动物的呼吸所排出的。另外,二氧化碳也会被植物吸收,作为其进行光合作用的原料。而二氧化碳溶解于海水中的物质,也会被一部分生物的身体所吸收。植物进行光合作用生成的有机物,又会变成地球上的动物以及我们人类的食物。
因此,我们所吃的食物,从根本上来说,是空气中的二氧化碳。二氧化碳中的碳元素就是以这样的形式,在地球上不停地循环着。
对环境有害的原子,如水银原子,也不会被破坏掉或者消失。
含有水银化合物的污水流入河流与大海后,并不会就此消失掉,而是会残留在河流或大海中。这些含有水银原子的化合物,会被海底的植物吸收,而以此为食的浮游生物或小鱼等,又会被更大的鱼吃掉。这样,水银原子会随着不停地转移而被浓缩,最终又被不知情的人类吃进肚子,然后引起疾病。
原子不会产生新的,也不会消失,从这个角度来说,当我们生产出了会影响环境的物质或原子时,应该及时处理,避免将其排放到大自然中。